РОЛЬ МАГНИЯ В МЕХАНИЗМАХ НЕЙРОМЫШЕЧНОЙ ВОЗБУДИМОСТИ

Стоянов А.Н., Е.А.Колесник(Одесса)

Нейромышечная гипервозбудимость является следствием деполяризации клеточной мембраны, при этом для возникновения потенциала действия необходим стимул небольшой силы, с избыточным мышечным сокращением [1]

Ионный дисбаланс - один из механизмов развития гипервозбудимости, который нарушает функционирование связанных с магнием (Mg) энергоемких Са, а также Na, К- насосов, расходующих до 40% вырабатываемой клеткой энергии [2].

Важный фактором гипервозбудимости является снижение антагонистического баланса Са2+ и Mg2+ [3], когда при недостатке последнего не происходит сдерживание входа Са внутрь клетки приводящего к сокращению миофибрилл. Можно утверждать, что Mg является «пробкой» в ионных каналах предотвращающий попадание Са внутрь клетки. В тоже время эти два биоэлемента являются «физиологическими партнерами» дополняя друг друга в оптимальном соотношении 2 Са: 1 Mg. [4]. Недостаток как Са так и Mg вызывает судорожные сокращения мышц [5]

Известно, что соотношение концентрации вне- и внутриклеточного К – основной фактор определяющий величину мембранного потенциала влияющего на деполяризацию мембран возбудимых клеток и как следствие гиперкалиемия приводит к гипервозбудимости [6,7].

Синергистом К является Mg как второй основной внутриклеточный элемент. Дефицит последнего ведет к дефициту К, при этом Na устремляется внутрь клетки нарушая осмотическое давление. Магнийзависимая Na,К-АТР-аза контролирует внутриклеточную концентрацию веществ, выкачивая из клетки Na [8].

Na как основа всех межклеточных жидкостей вносит свой вклад в величину мембранного потенциала. Разность концентрации Na генерирует электрический сигнал. Рост концентрации Na+ повышает вероятность формирования потенциала действия (ПД) за счет снижения порога деполяризации мембран при этом активируются альфа-мотонейроны [9].

           Дефицит Mg, а также Са увеличивает проницаемость мембран для Na, что может приводить к ослаблению феномена «посттетанической потенциации» в мото- и во вставочных нейронах, облегчая проводимость импульса в рефлекторной дуге. Появляются полисинаптические разряды и увеличиваются рефлекторные сокращения в ответ на раздражение. Повышается электромеханическая возбудимость двигательных, чувствительных или вегетативных проводников, что объясняет проявления тетании, а также нарушения функции внутренних органов [10].

Трансмиссия. Снижение концентрации Mg2+ нарушает функционирование NMDA (глутаматных) рецепторов, как запускающий механизм входа Са в нейрон и его гибели. При этом недостаточное количество Mg не может блокировать все NMDA рецепторы для возбуждающего медиатора глутамата с его известными эксайтотоксическими эффектами [11].

Дефицит Mg снижает возможность тормозить выделение из гранул хранения ацетилхолина (АХ), который участвует во всех процессах нейро-мышечного возбуждения поперечно-полосатых мышц. Этому же способствует магнийзависимое снижение активности холинэстеразы. В тоже время известно, что гладкие мышцы обладают высокой чувствительностью к АХ, который оказывает на ее мембранный потенциал противоположное норадреналину (НА) действие, снижая его величину и увеличивая частоту спонтанных ПД с повышением тонуса. Деполяризация мембраны за счет воздействия АХ увеличивает ее проницаемость для Na+ и Са+[12]. Еще одной характерной особенностью гладкой мускулатуры является наличие рецепторных белков способных запускать или тормозить магнийзависимый сократительный процесс. В большинстве вегетативные волокна иннервируют гладкую мускулатуру диффузно разветвляются и, не входя в контакт с мембранами образуют диффузные соединения с секрецией медиатора в матрикс. Медиаторами этих процессов выступают АХ и НА. АХ может возбуждать или тормозить сокращение гладких мышц различных органов. НА - тормозит связываясь сначала с различными рецепторными белками, при этом тип рецептора определяет как будут себя проявлять АХ и НА [12,13].

Возбуждение и сократительная способность гладких мышц также зависит от контролируемого магнием высвобождения гистамина из тучных клеток. Последний как и серотонин может влиять на миоциты повышая концентрацию внутриклеточного Са [14].

Гипреактивность альфа- и гамма-мотонейронов при нарушении тормозящих преимуществ ГАМК-ергических влияний легко возникает при дефиците Mg.

Повышенная активность нейронов переднего рога может быть опосредована  блокировкой рецепторов тормозного нейротрасмиттера глицина и выходом его в синаптическую щель клеток Реншоу спинного мозга. При этом медиаторные способности глицина не могут проявляться в полной мере в условиях дефицита Mg [15,16].

         Mg регулирует секрецию паратгормона, снижение которого приводит к нарушению утилизации Са и мобилизации его из кости. Возникающая гиперфосфатемия вследствие реабсорбции фосфора дополнительно снижает концентрацию Са в крови. Такой возможный вариант развития идиопатической тетании обязательно протекает на фоне гипомагниемии [13].

         Экстрапирамидная система. Нейроны базальных ганглиев участвуют в интегративных процессах двигательной активности, в частности хвостатое ядро имея широкие связи со структурами ЦНС и различные медиаторные входы тормозит функционирование бледных шаров, раздражение которых вызывает двигательные реакции, сокращения конечностей, тремор, миоклонии. Хвостатое ядро имеет проекции и связано посредством ретикуло-спинномозгового пути с высокочастотными гамма-нейронами и конечным исполнительным двигательным аппаратом, а также со сложным рефлекторным центром ствола мозга и другими подкорковыми узлами [5,17].

        Гамма-мотонейроны находятся под постоянным тормозным контролем со стороны красных ядер (в норме). При выпадении контроля – возбуждаются и растормаживаются, прежде всего, тонически возбужденные и выполняющие антигравитационные функции клетки что может проявляться в виде децеребрационной ригидности [18].

        При недостатке дофамина бледные шары также могут растормаживаться с активацией спинно-стволовых систем с последующими характерными двигательными расстройствами, нарастанием ригидности, тремором и пр.

Недостаток Mg приводит к дефициту дофамина – основного нейротрансимттера снижающего эффекты возбуждающих медиаторов нервно-мышечных проводников [8а].

        Стресс. Гипервозбудимость нейро-мышечного аппарата является следствием стресс ситуации. ВНС получает информацию и отравляет ее по вегетативным проводникам к органам реагирования. При этом АХ работает как универсальный медиатор, в т.ч. стимулирует скелетную мускулатуру (с активацией Na каналов мембран миоцитов, что способствует стимуляции Са-каналов), а также в ЦНС в т.ч. гиппокамп, деятельность которого направлена на адаптацию к стресс-индуцированным реакциям [19]. Mg тормозит высвобождение АХ из синапсов нейромышечных проводников тем самым контролируя функции организма в условиях стресса. Помимо этого синтез составляющих АХ (фосфолипид – холин и Ацетил КоА) происходит при участии Mg, недостаток которого не позволяет в полной мере реализовать совместные с Ацетил КоА энергетическое подкрепление адаптационных процессов. Помимо этого Mg усиливает деградацию АХ путем активации холинэстеразы [12,20].

Выделение адреналина подготавливает организм к опасности, напряженной деятельности при стрессе с гиперконстрикцией гладких мышц, т.е. ангиоспазмом, стимуляция сердечно-сосудистой деятельности. Следует учитывать антагонистическое взаимодействие гормона и Mg, который может в случаях необходимости контролировать избыток адреналина [2].

         NMDA рецепторы возбуждаются при любом стрессе пропуская Са2+ в клетку на фоне значительных потерь Mg нарушая биоэнергетический гомеомстаз со снижением синтеза АТФ, нарушения дыхательной цепи и увеличением количества свободных радикалов, повреждением мембран, гибели клетки [21]. При стрессе на фоне дефицита Mg нарушается работа транспортеров удаляющих активатор NMDA рецепторов глутамат из внеклеточного пространства [22]. В таких случаях NMDAопосредованная гиперактивация нейронов, особенно гиппокамапа (учитывая его широкие связи со всеми отделами ЦНС) может формировать генератор патологического возбуждения в мозге [23,24,25].

           Одним из важных механизмов адаптации к стрессорным ситуациям является активация центральных регуляторных механизмов, которые при действии раздражителей тормозят выход КА и кортикостероидов. Нейроны синтезируют и выделяют ГАМК, дофамин, серотонин, глицин, пептиды, которые взаимодействуют со стресс-реализующими системами и модулируют их активность (ограничивают стресс-реакцию и адаптацию) [26].

На периферии не мене важные регуляторные системы адениннуклеотидов, простогландинов, антиоксидантная – выступают в роли модуляторов могут ограничивать эффекты катехоламинов и других факторов (основа десентитизации и предупреждения повреждения) [2,3,4].

Mg активно участвует и регулирует стресс-реализующую адренергическую систему, стресс-лимитирующие: серотонин-, дофаминергические системы. А также влияет на нейропептиды ингибирующих действие стресс-системы и ряд гормонов обеспечивая адекватный характер реакции на стрессор [27,28].

           Mg влияет на активность фосфолипазы (участвующей в синтезе арахидоновой кислоты в билипидном слое мембраны), одновременно активируется простогландин-синтетазы, простогландины, которые по механизму обратной связи блокируют выделение КА из нервных окончаний, а простациклин снижает эффекты последнего в органах-мишенях [20,30,31].

           На спинальном уровне формируются сопряженные взаимоотношения мотонейронов обеспечиваемые вставочными нервными клетками. Гамма-мотонейроны коактивируются при стимуляции альфа-мотонейронов. Это приводит к сокращению экстра- и инфрафузальных мышечных волокон. Пресинаптическое торможение альфа- и гамма-мотонейронов обеспечивают нейроны ГАМК-ергической системы, где в качестве гармонизатора и активатора их функционирования выступает Mg [26,32].

          На невральном уровне известная гипотеза мышечных спазмов базируется на изменении работы проприорецепторов и повышенной афферентной активности мышечного веретена, что  нарушает систему контроля за альфа-мотонейронами (не срабатывает механизм для торможения сокращения мышц в ответ на физическую нагрузку). Согласно теории электролитных судорог, мышечные спазмы возникают при ионном дисбалансе в случаях дефицита Na, изменениях соотношения основных ионов, что приводит к гипервозбудимости нейромышечных синапсов. [33].

Следует учитывать вклад ЦНС в усиление возбудимости нейрона, реализации реципрокных отношений мышц [34], распространение возбуждения на мотонейроны передних рогов [35], а также надсегментарные отделы ВНС, которые напрямую и опосредованно изменяют возбудимость нейронов различных уровней организации нервной системы [36].

         Исходя из вышеописанного можно констатировать, что Mg - вещество системного действия, которое активно участвует в механизмах нейромышечной возбудимости; активирует и контролирует ионный баланс, деполяризацию и гомеостаз минералов по отношению к мембране нейронов и возбудимых клеток; регулирует синтез и эффективность (в т.ч. энергетическую) нейротрансмиттеров, нейропептидов, гормонов, а также активный компонент всех структур нервной системы участвующих в процессах нервно-мышечного возбуждения. Предохраняет организм от гиперактивации нейронов вследствие стресс-реакции и стимулирует процессы адекватной адаптации.

 

Список использованной литературы

 

1.Gunther T. The biochemical function of Mg 2+ in insulin secretion, insulin signal transduction and insulin resistance // Magnes. Res. 2010. № 23 (1). Р. 5–18.

2. Громова О.А. Дефицит магния как проблема стресса и дезадаптации у детей /О.А.Громова, И.Ю.Торшин, Т.Р.Гришина, Л.Э. Федотова // РМЖ. 2012. №16. С. 813.

3. Mazur A., Maier J. A., Rock E. et al. Magnesium and the inflammatory response: potential physiopathological implications // Arch Biochem Biophys. 2007; 458 (1): 48–56.

4. Громова О.А. Нейротрофическая система мозга: нейропептиды, макро- и микроэлементы, нейротрофические препараты. Лекция / О.А.Громова // Международный неврологический журнал 2(12) 2007 – С. 34-38.

5. Ухолкина Г.Б. Роль магния в заболеваниях сердечно–сосудистой системы / Г.Б.Ухолкина // РМЖ, № 7. – 2011. – С. 476.

6. Анестезиология. Как избежать ошибок: Сб. – Под ред. К.Маркучча, Н.А.Коэна и др., М.: ГЭТАР-Медиа, 2011

7. Громова О.А. Магниевые тайны библиотеки Кохрана: современный взгляд на проблему / О.А.Громова, Е.Ю.Лисицина, И.Ю.Торшин, О.Н.Грачева // Российский Вестник акушера-гинеколога, - № 5, 2011. – С. 20-27

8. Соколова Л.І. Застосування сульфату магнію при ішемічному інсульті / Л.І.Соколова // Український неврологічний журнал, 2015. - № 4. – С. 91-97.

9. Ajeena I.M. (ed.) Advances in Clinical Neurophysiology Rieka: InTech, 2012. — 202 p.

10. Супонева Н.А. Мышечные крампи: вопросы патогенеза, дифференциальной диагностики и лечения / Н.А.Супонева, И.В.Бородулина // РМЖ. 2015. №24. С. 1463-1466.

11. Якимовский А.Ф., Варшавская В.М., Якубенко А.Л. Внутристриарное введение магния после пикротоксина не снижает двигательную гиперактивность у крыс. // Бюл.эксперим.биологии и медицины  2008; Т.146,  N8 - С. 128-13.

12. Физиология человека  под ред. В.М.Покровского, Г.Ф.Коротько- 2-е изд., перераб. и доп. - М.: 2003. – 656 с.

13. Иллариошкин С.Н. Недостаточность магния: некоторые неврологические аспекты и пути коррекции / С.Н.Иллариошкин / Нервные болезни. - №1, 2005. – С. 38-40

14. Корпачев В.В. Метаболические эффекты и клиническое применение магния оротата  / В.В.Корпачев, Н.М.Гурина // Международный эндокринологический журнал. - №2, 2007. – С. 23-28.

15. Торшин И.Ю. Молекулярные роли магния и пиридоксина в антиалкогольной защите организма /И.Ю.Торшин, Е.Ю.Егорова // Врач, 2010. - № 7. – С. 51-54.

16. Циркин В.И. Роль гистамина в репродукции / В.И.Циркин, С.В. Хлыбова // Вятский медицинский вестник, № 3-4, 2006. – С. 62-68.

17. Серов В.Н. Использование цитрата магния для профилактики преждевременных родов у беременных с высоким риском невынашивания /В.Н.Серов, Н.К. Тетруашвили. О.А.Громова // РМЖ, №17, 2012. – С. 846.

18. John A. Kiernan. Barr's the Human Nervous System: An Anatomical Viewpoint. — 8th. — Hagerstown, MD: Lippincott Williams & Wilkins, 2005.

19. Ветрилэ Л.А. Влияния антител к глутамату при интраназальном введении на содержание возбуждающих и тормозных аминокислот в гиппокампе и гипоталамусе крыс при комбинированном стрессорном воздействии / Л.А.Ветрилэ, И.А.Захарова, В.С.Кудрин, П.М.Клодт // Патологическая физиология и экспериментальная терапия, 2016.-N 1.-С.4-10.

20. Кадыков А.С.Магний глазами невролога / А.С.Кадыков, С.Н.Бушенева // Журнал "Нервы", 2006, №1. – С. 23-25

21. Каркашадзе Г.А. Дефицит магния в детской неврологии: что нужно знать педиатру? / Г.А.Каркашадзе, Л.С.Намазова-Баранова // Вопросы современной педиатрии – 2014; 13 (5): 17-25.

22. Danbolt N.C.Glutamat euptake // Prog. Neurobiol. 2001. V.65. N1. P. 1-105.

23. Крыжановский Г. Н. Основы общей патофизиологии. — М.: МИА, 2011. — 253 с.

24. Ryan M.F., Babrour H. Magnesium measurement in routine clinical practice // Ann Clin Biochem., 1998 Jul;35 (Pt 4):449-59.

25. Ianello S. Belfore P. Hypomagnesemia. A review of pathophysiological, clinical and therapeutical aspects. - Panminerva Med. 2001 Sep;43 (3):177-209.

26. Кузнецов В.В. Современное представление о роли ГАМК в коррекции нейрокардиальной патологии / В.В.Кузнецов, М.С.Егорова // Новости медицины и фармации. - № 11 (544) – 2015 – С. 4.

27. Буданов М.В. Клинические проявления и эффекты коррекции дефицита магния у детей / Буданова М.В., Асланова П.А., Буданов П.В. // Трудный пациент. — 2009. — № 1–2. — С. 17-22.

28. Sartori S.B., Whittle Magnesium deficiency induces anxiety and HPA axis dysregulation: modulation by therapeutic drug treatment. - Neuropharmacology. 2012 Jan;62 (1) :304-12. doi: 10.1016/ j.neuropharm. 2011.07.027. Epub 2011.

29. Langeslag М., Clark К., Moolenaar W.H., 2007; Xing J., Strange К., 2009].
30. Фофанова И.Ю. Дефицит магния и его связь с акушерской патологией /И.Ю.Фофанова // Медицинский совет" №5. -  2014. – С.

31. Rayssiguier Y, Mazur A. Magnesium and inflammation: lessons from animal models. Clin Calcium 2005;15(2):245–8

32. Яфарова Г. Г., Балтина Т. В., Плещинский И. Н. Функциональное состояние двигательных центров спинного мозга в условиях его травматического повреждения/ Г. Г. Яфарова, Т. В. Балтина, И. Н. Плещинский. – Нижнекамск: Изд-во НФ МГЭИ. – 2008. – 74 с.

33. Bergeron M.F. Muscle Cramps during Exercise – Is It Fatigue or Electrolyte Deficit?// Current Sports Medicine Reports: doi: 10.1249/JSR.0b013e31817f476a.

34. Minetto M.A., Holobar A., Botter, Farina D. Origin and development of muscle cramps // Exerc Sport Sci Rev., 2013. vol. 41, N1.PP.3-10.

35. Obi T, Mizoguchi K, Matsuoka H, Takatsu M, and Nishimura Y: Muscle cramp as the result of impaired GABA function—an electrophysiological and pharmacological observation. Muscle Nerve 16:1228-1231, 1993.

36. Phisiology : Nextbook / Edited by V. Moroz, O.Shandra. – Vinnitsa : Nova Knyha Publishers, 2011. – 888 рр.